地震反演是地震学中利用地球表面观测数据推测地球介质内部的物理属性。叠前弹性波反演充分利用叠前地震数据丰富的振幅与旅行时信息，提供研究岩性和储层变化规律的更多、更有效的数据体。由于叠前地震数据量较大，计算机并行处理方法为地震正、反演计算的高效性提供了技术保障。 叠前正演是叠前反演的基础。为了研究适应叠前弹性波反演的叠前弹性波正演方法，本文深入研究了基于慢度法的全波地震响应算法和弹性波频率空间域有限差分数值模拟算法。慢度法能够计算出包括转换波和多次反射在内的全波地震响应，并能在合理的时间内实现大型地层模型的波场模拟。在弹性波频率空间域有限差分数值模拟方面，差分网格及边界条件是影响弹性波模拟成功与否的关键，为了压制数值模拟中的网格频散，本文采用了二十五点有限差分算子，建立了有限差分矩阵方程，且借鉴匹配层衰减边界条件思想，设计了弹性波频率空间域有限差分数值模拟算法。并针对均匀各向同性介质、层状介质模型进行了弹性波波场模拟及地面多分量地震记录的合成，取得了较好的模拟效果。 由于在叠前弹性波反演中需要进行大量的叠前正演计算，因此开展了关于弹性波正演模拟并行化方法的研究。本文对基于慢度法全波场模拟进行了并行算法设计，采用计算域分割、工作池并行技术，建立了慢度法全波场正演模拟的并行算法，使得弹性波正演问题求解在叠前弹性波反演中更加高效。对频率空间域有限差分弹性波数值模拟方法，采用流水线技术与分治策略进行了并行算法研究，提高了计算效率，使得在合理的计算时间内更精确地模拟弹性波在弹性介质中的传播过程。 叠前弹性波反演采用改进的并行遗传算法来实现。由于传统遗传算法自身存在早熟收敛、搜索空间以及计算效率的问题，为了保证算法收敛和最大限度地搜索模型空间，对遗传算法中的遗传算子采取相应策略进行针对性的改进，并通过界约束以增加解的稳定性。为了提高计算效率，采用粗粒度并行遗传算法，将并行计算机的高速并行性和遗传算法固有的并行性相结合，不但加速了遗传算法的搜索过程，而且减少了未成熟收敛的可能性。 与弹性阻抗技术有机结合，进行多角度多井约束三维地震弹性阻抗反演，从中提取出的地层纵波速度、横波速度、密度、泊松比、纵波阻抗、横波阻抗、弹性模量等丰富多样的物性参数数据体。在研究弹性波地震正、反演方法的基础上，利用密集型网络计算机资源开发了拥有自主知识产权的基于微型计算机集群环境下的弹性波地震反演并行软件系统。